LU-BST-B10:LC

Lekciju materiāli

Visu lekciju slaidi pieejami PDF formātā. Slaidi parādīsies pēc katras lekcijas. Pirms lekcijas slaidi pieejami nebūs. Lai saglabātu pārsteigumu.

1. Lekcija

Šī bija ievadlekcija par bezvadu sensoru tīkliem - kas tie tādi, ko ar tādiem var izdarīt, kādas ir tipiskās BST problēmas. Tika īsi pastāstīts par vairākiem BST pielietojumiem.

Lekcijas otrajā pusē studenti tika iepazīstināti ar kursa formālajām prasībām. Vienojāmies par darbu iesūtīšanas laiku un soda mēriem termiņu neievērošanas gadījumā.

Lekcijas slaidi

2. Lekcija

Šajā lekcijā runājām par TinyOS: par komponentiem un interfeisiem, uzdevumiem, notikumiem, komandām. Par radio un seriālā porta komunikāciju. Apskatījām Blink un RadioCountToLeds piemērus. Izmēģinājām rakstīt paši savas programmas, par pamatu ņemot demo kodu. Izmēģinājām datu sūtīšanu no motes pa seriālo portu un saņemšanu uz datora, izmantojot Javas klasi net.tinyos.tools.Listen. Pa ceļam izrunājām arī tehniskas lietas: kā darbojas pārtraukumi (interrupts), kas ir "big endian" un "little endian", kā C kodā izveikt bitu operācijas.

Lekcijas slaidi

3. Lekcija

Lekcija sastāvēja no divām daļām:

• Radio sakaru sistēmas - par datu pārraidi pa bezvadu kanāliem, populārākajām modulācijām, spread spectrum metodēm, tai skaitā, frekvenču lēkāšanu un DSSS. Apskatījām, kādi frekvenču diapazoni pieejami bezmaksas lietošanai. Apskatījām Nīkvista un Šenona formulas datu pārraides ātruma maksimālo limitu noteikšanai.
• Sensoru mezglu resursi un daži tipiski pārstāvji. Apskatījām, no kādiem komponentiem sastāv tipiska mote, kādi ir tipiskie parametri katram komponentam: CPU, atmiņai, radio utt. Apskatījām sensoru savienošanas iespējas ar mikrokontrolieri: UART, SPI, I2C. Noskaidrojām sensoru mezgla aplikācijas sastāvdaļas, uzlādes procesu uz iekārtas un aplikācijas dzīves ciklu. Lekcijas noslēgumā apskatījām divus tipiskus sensoru mezglus: TMote Sky un EcoMote.

Lekcijas slaidi par bezvadu sakaru sistēmām.

Lekcijas slaidi par sensoru mezglu resursiem.

4. Lekcija

Tika runāts par problēmām radio sakaros, ar ko jārēķinās reālos apstākļos.

5. Lekcija

Lekcija sastāvēja no divām daļām:

• UbiComp 2010 konferences pārskats - interesantas un aktuālas tēmas un idejas, kas saistītas ar sensoru tīkliem, jaunākie sasniegumi
• MAC protokoli - galvenie MAC līmeņa uzdevumi, TDMA un CSMA protokolu klases

Lekcijas slaidi par UbiComp konferenci.

Lekcijas slaidi par MAC protokoliem.

6. Lekcija

Apskatījām maršrutizācijas protokolus, to klasiskās īpašības, bezvadu sensoru tīklu protokolu specifiskās prasības. Apskatījām 5 maršrutizācijas protokolu piemērus: DSDV, AODV, DSR, CGSR, GPSR.

Lekcijas slaidi.

TinyOS aplikācija, kas lasa ADC no dažādiem kanāliem.

7. Lekcija

Apskatījām pulksteņu sinhronizācijas problēmas, pielietojumus, BST specifiskas prasības, tipiskus protokolu piemērus: RBS, TPSN, FTSP.

Lekcijas slaidi.

8. Lekcija

Apskatījām sensoru mezglu lokalizācijas pielietojumus un problēmas. Izrunājām, kas ir svērtā un nesvērtā (range-based un range-free) pieejas, nedaudz par GPS tehnoloģijām. Apskatījām dažus konkrētus protokolus, kas reprezentē dažas pamata pieejas lokalizācijā.

Lekcijas slaidi.

9. Lekcija

Tika pastāstīts pārskats par SenSys konferenci un PhoneSense semināru.

Lekcijas slaidi.

10. Lekcija

Runājām par drošību un privātumu sensoru tīklos. Par problēmām un risinājumiem dažādos OSI līmeņos no fiziskā līdz aplikācijas līmenim.

Lekcijas slaidi.

11. Lekcija

Runājām par populārākajām sensoru tīklu programmēšanas abstrakcijām: vaicājumu bāzētām pieejām, makro programmēšanu un aģentu bāzētu pieeju. Makro programmēšanai un aģentiem tikai nedaudz pieskārāmies, dziļāk apskatījām vaicājumu bāzētas pieejas, par piemēru ņemot TinyDB.

Otrajā lekcijas daļā apskatījām operētājsistēmu MansOS.

Lekcijas slaidi.

12. Lekcija

Runājām par reālas mašīnas (datora) uzbūvi, programmas izpildi. Par virtuālajām mašīnām (VM) - kāpēc tādas izmanto PC datoros, un kāpēc tādas izmantot bezvadu sensoru tīklos (BST). Apskatījām divus BST VM piemērus: Mate un SwissQM.

Lekcijas slaidi.

Izmantotās publikācijas:

• Mate: P. Levis and D. Culler, “Mate: A tiny virtual machine for sensor networks,” ACM SIGARCH Computer Architecture News, vol. 30, no. 5, pp. 85–95, 2002.
• SwissQM: R. Muller, G. Alonso, and D. Kossmann, “A virtual machine for sensor networks,” in Proceedings of the 2nd ACM SIGOPS/EuroSys European Conference on Computer Systems 2007, pp. 145–158, ACM, 2007.

13. Lekcija

Runājām par enerģijas ieguvi no vidi, kopīgiem principiem, ko nākas ievērot, ja sensoru tīklam tiek pievienota iespēja iegūt enerģiju no vides. Īsi apskatījām saules enerģijas izmantošanas iespējas un problēmas.

Lekcijas slaidi.

Bija arī trīs studentu prezentācijas par enerģijas ieguves veidiem:

• Madara Augstkalne un Aivars Šāblis: Enerģijas ieguve no cilvēka
• Viesturs Siliņš: Bioloģiskās degvielas šūnas enerģijas iegūšanai no asinīm
• Anda Beriņa: Enerģijas ieguve no vēja

Izmantotā literatūra

Paldies studentu prezentētājiem par literatūras avotiem!

Enerģijas ieguve no cilvēka

Pārnēsājamas ierīces kinētiskās enerģijas pārveidei par elktrisko (PEG)

• http://www.gizmag.com/the-etive-kinetic-energy-charger-gives-power-walking-a-whole-new-meaning/11750/
• http://www.npowerpeg.com/personalenergy/specs

Miniatūras ierīces, kuras "implementējamas" cilvēkā

• http://www.smithsonianmag.com/specialsections/40th-anniversary/Embedded-Technologies-Power-From-the-People.html

Kinētiskais pulkstenis

• http://www.kinetic.net/docs/detail.html

Reģeneratīvā paņēmiena izmantošana, lai iegūtu enerģiju no staigāšanas

• http://communities.canada.com/vancouversun/blogs/scienceinbc/archive/2008/02/07/revolutionary-knee-mounted-device-generates-electricity-while-you-walk.aspx

Kinētiskās enerģijas iegūšana kurpēs no staigšanas

• http://www.gizmag.com/piezoelectric-generator-shoes/14945/
• http://www.ecofriend.org/entry/concept-shoe-charger-charges-your-phone-via-kinetic-energy/

Nano-Pjezoelektriskie materiāli

• http://arstechnica.com/science/news/2010/11/researchers-harvest-stress-and-vibrations-to-charge-tiny-devices.ars?utm_source=rss&utm_medium=rss&utm_campaign=rss
• http://current.com/11vtl4c

Enerģijas iegūšana uz gājēju pārējas

• http://vimeo.com/2503037

Enerģijas iegūšana uz autoceļiem

• http://www.gizmag.com/piezoelectric-road-harvests-traffic-energy-to-generate-electricity/10568/

Enerģijas iegūšana no cilvēka asīnīm

• http://www.energyharvestingjournal.com/articles/microbial-fuel-cell-powered-by-blood-00001388.asp
• http://news.softpedia.com/news/Nanogenerator-Could-Draw-Energy-from-Human-Blood-60580.shtml

Enerģijas iegūšana no koku vielmaiņas procesa

• http://voltreepower.com/bioHarvester.html

Termiskās enerģijas ieguve

• http://www.gizmag.com/heat-powered-electronics/14241/
• http://greenupgrader.com/12092/these-boots-were-made-for-charging-your-cellphone/?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed:+greenUPGRADER+(greenUPGRADER)

Enerģijas iegūšana reizē no temperatūras izmaiņām un saules gaismas

• http://www.ecofriend.org/entry/fujitsu-develops-generator-to-produce-power-from-light-and-heat/

Enerģija ierīcēm no citu ierīču izdalītās siltumenerģijas

• http://www.ecofriend.org/entry/louisiana-tech-researchers-fabricate-breakthrough-energy-harvesting-device/

MicroPelt TE-Power Node - sensors, kas iegūst enerģiju no temperatūras izmaiņām

• http://www.micropelt.com/down/pm_te_power_node_engl.pdf
• http://www.reuters.com/article/idUS129017+11-Mar-2008+BW20080311

Bio degvielas šūnas

Dzīvās šūnas elpošanas mehānisms, uz kuru balstītas bioloģiskās degvielas šūnas:

• http://en.wikipedia.org/wiki/Cellular_respiration

Mikrobās degvielas šūnas:

• http://en.wikipedia.org/wiki/Microbial_Fuel_Cells
• http://www.microbialfuelcell.org
• http://www.sciencedaily.com/releases/2008/01/080103101137.htm

Ģenētiski modificēti organismi mikrobajām degvielas šūnām:

• http://www.technologyreview.com/energy/16921/

Mikrobās degvielas šūnas piemērs:

• http://www.energyharvestingjournal.com/articles/microbial-fuel-cell-powered-by-blood-00001388.asp
• http://www.newscientist.com/article/dn16882-yeastpowered-fuel-cell-feeds-on-human-blood.html

Enzīmās degvielas šūnas:

• http://en.wikipedia.org/wiki/Enzymatic_Biofuel_Cells
• http://chemelab.ucsd.edu/fuel04/index.html

Enzīmās degvielas šūnas piemērs:

• http://www.gizmag.com/glucose-powered-biofuel-cell-implanted-in-rats/15138/
• http://www.technologyreview.com/biomedicine/25341/?a=f
• http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0010476
• "Enzymatic Biofuel Cells" (http://www.electrochem.org/dl/interface/sum/sum07/su07_p28_31.pdf)

Asiņu izmantošana bioloģiskajās degvielas šūnās:

• http://www.engineering.ubc.ca/research/spotlights/siu-blood.php
• http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=glucose-body-fuel-cell
• "Biofuel Cells: A possible power source for implantable electronic devices" (http://blogs.epfl.ch/document/15399)
• "Enzymatic Biofuel Cells for Implantable and Microscale Devices" (http://www.tinhoahoc.com/Battery/cr020719k.pdf)

Koncepts par implantētu ierīci ar bioloģiskās degvielas šūnas barošanu:

• http://gizmodo.com/359018/cellphone-display-concept-designed-for-dracula-is-bloody-ridiculous

Vēja enerģija

Piezoelectricity:

• http://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricity

Vibro wind set up:

• http://www.radiolocman.com/news/new.html?di=70500
• http://news.discovery.com/tech/wind-vibrations-turned-into-electricity.html

Mayfield energy harvester:

• http://www.wsnblog.com/2010/10/19/mayfield-researchers-harvest-electricity-from-trees/
• http://www.theherald.com.au/news/local/news/general/mayfield-researchers-harvest-electricity-from-trees/1970315.aspx

Flexible Charge Pump:

• http://www.theenergyroadmap.com/futureblogger/show/1254-tiny-piezoelectric-devices-convert-motion-into-electricity
• http://gtresearchnews.gatech.edu/newsrelease/charge-pump.htm

Wind energy harvester from Humdinger:

• http://www.wsnblog.com/2010/03/30/humdinger-wind-energy-develops-portable-wind-energy-harvester/
• http://www.greencleaningideas.com/2010/03/humdinger-wind-energy-develops-portable-wind-energy-harvester/
• http://www.energyharvestingjournal.com/articles/wind-energy-harvester-from-humdinger-00002146.asp?sessionid=1
• http://www.humdingerwind.com/

14. Lekcija

Leo Seļāvo pastāstīja par pieredzi ASV, Virdžīnijas Universitātē, būvējot LUSTER: bezvadu sensoru tīklu vides pētniecībai.

Lekcijas slaidi.

Publikācija: L. Selavo, A. Wood, Q. Cao, T. Sookoor, H. Liu, A. Srinivasan, Y. Wu, W. Kang, J. Stankovic, D. Young, and J. Porter, "LUSTER: Wireless Sensor Network for Environmental Research", In Proceedings of the 5th international conference on Embedded networked sensor systems (SenSys'07), pp. 103-116, 2007.